作者：暢秋

總體來看，當下的晶圓代工業(yè)，有兩類代工廠，一類專注于數(shù)字技術，以滿足行業(yè)對存儲、CPU和邏輯芯片的代工需求，這類多采用先進制程工藝，目標是實現(xiàn)更小的節(jié)點尺寸和更高的運算能力，其產(chǎn)品生命周期較短，因為制程節(jié)點在不斷演進。

另一類則是特殊工藝（特色工藝）晶圓代工廠，它們專注于小眾市場。不同于先進制程代工廠，特色工藝技術的差異化是通過技術的多樣性實現(xiàn)的，其制程節(jié)點演進壓力要小得多，這有利于延長產(chǎn)品的生命周期，降低資本密集度。另外，特色工藝代工廠還可以通過碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）這類新半導體材料的應用，來拓展硅基技術的極限。

在全球半導體市場，IDM正走在“失寵”的道路上，晶圓代工憑借其高效、靈活的固有特性，越來越吃香。2019年之前，行業(yè)的關注點更多的集中在最先進制程上，但近幾年，隨著中美科技戰(zhàn)升溫，以及疫情對全球電子半導體產(chǎn)業(yè)形成的影響，行業(yè)的關注點開始分散，有越來越多的資源投入到非先進制程，特別是特色工藝上。

?01先進制程的利與弊

之所以說特色工藝的重要性在逐步提升，一個很重要的原因是先進制程的發(fā)展瓶頸越來越凸出。

最先進制程產(chǎn)線多用來制造各種處理器，這些處理器的一個最大特點就是晶體管數(shù)量巨大，少則幾十億個，多則幾百億個。雖然晶體管越多越好，但由于處理器芯片尺寸有限，因此，通過縮小晶體管之間的空間來增加密度，將更多晶體管封裝到芯片中成為關鍵。因此，不斷推出新的先進制程節(jié)點是實現(xiàn)更高晶體管密度的主要途徑。

先進制程工藝不僅能增加晶體管密度，還可以提高時鐘速度和效率，例如，用臺積電5nm制程制造的Ryzen 7000和RX 7000處理器，與其較早的7nm工藝版本相比，可以在相同功率下提供15%的時鐘速度提升，或在相同頻率下減少30%的功耗。直到2000年代中期，隨著制程工藝的演進，頻率和效率的提高還是積極正向的，因為功耗的下降很明顯。

然而，隨著制程工藝演進到10nm以下，特別是最新的3nm節(jié)點，它可以顯著提高邏輯晶體管的密度，但對高速緩存（SRAM）的密度沒有任何改善，而無法縮小緩存是致命的，因為它會限制整體密度的提升，同時，功耗下降越來越不明顯。如果晶圓廠不能持續(xù)提升晶體管密度，在芯片尺寸不斷減小的情況下，晶體管數(shù)量就不能增加，處理器性能也就難以提升。這會形成惡性循環(huán)，從而阻礙先進制程技術的演進，特別是未來的2nm和1nm，難度很大。

另外，設計費用的大幅提升，也是阻礙最先進制程普及的一個重要原因。例如，7nm芯片設計成本超過3億美元，華為早些年推出的麒麟980芯片采用了臺積電的7nm制程，麒麟 980是由超過1000名半導體工程師組成的團隊歷時3年時間，經(jīng)歷超過5000次的工程驗證才成功應用的，這期間所花費的成本是絕大多數(shù)芯片企業(yè)承受不起的。而最新的3nm制程的成本更是驚人，據(jù)IBS測算，如果基于3nm制程開發(fā)英偉達GPU的話，設計成本就高達15億美元，據(jù)悉，芯片設計公司要想用臺積電3nm制程制造芯片，其產(chǎn)線上一片晶圓的花費就要25000美元。

后摩爾時代半導體工藝發(fā)展方向

因此，先進制程發(fā)展遇到了瓶頸，這為特色工藝發(fā)展提供了更多機會。

?02特色工藝百花齊放

什么是特色工藝？簡單地說，不按照摩爾定律指定的時間和節(jié)奏縮小工藝節(jié)點的半導體工藝就可稱為特色工藝。從需求來看，特色工藝的市場應有前景廣闊，它可以使更多企業(yè)在各自擅長的領域做精做強，特別是在模擬和模數(shù)混合芯片領域，如MCU、 OSD（Optical-Sensor-Discrete，光電-傳感-分立器件）等，它們對制程工藝的先進性要求較低，是特色工藝應用的主要市場。

與先進制程相比，目前特色工藝在晶圓代工廠的滲透率相對較低，模擬芯片、MCU、分立器件廠商多為IDM，這些廠商在研發(fā)投入和晶圓廠資本開支方面的雙重需求拉低了毛利率等關鍵業(yè)績指標，隨著投入規(guī)模的擴大，這些IDM會將更多易于標準化的產(chǎn)品外包出去，從而推動特色工藝在晶圓代工業(yè)的發(fā)展。

從晶圓代工廠的營收變化情況來看，無論是年度營收還是季度營收，特色工藝代工廠的波動相對較小，這說明該行業(yè)的穩(wěn)定性和客戶的粘性更佳。特色工藝代工廠盈利能力的波動小，主要有兩方面原因：一是需求端的穩(wěn)定使代工廠的經(jīng)營管理更具有可預期性；二是制程工藝的成熟度較高，特色工藝代工廠的設備資本開支和研發(fā)投入規(guī)模相對較小，可以很好地控制成本。

從行業(yè)發(fā)展層面來看，即使是在晶圓代工業(yè)發(fā)達的中國臺灣地區(qū)，能夠持續(xù)進行先進制程工藝開發(fā)的廠商也僅剩下臺積電一家，先進與特色工藝的結合才是一個地區(qū)發(fā)展晶圓代工業(yè)并形成綜合競爭力的保障。

那么，特色工藝包括哪些具體類型呢？實際上，微機電系統(tǒng)（MEMS），F(xiàn)D-SOI和RF-SOI，嵌入式非易失性存儲器（eNVM），CIS圖像傳感器，功率器件，模擬、電源管理和射頻等差異化工藝平臺，BCD工藝平臺，以及以SiC和GaN為代表的新一代化合物半導體工藝等，都可以歸為特色工藝。

?03國際大廠的特色工藝戰(zhàn)略

除了臺積電、三星和中芯國際，多數(shù)晶圓代工廠將發(fā)展重點放在了特色工藝上，典型代表就是聯(lián)電（中國臺灣）、格芯（美國）和X-FAB（歐洲），前兩家已經(jīng)完全拋棄了12nm以下先進制程，將全部資源和精力都投入到成熟制程和特色工藝上，之所以如此，有以下幾點原因：1、提升差異化競爭力；2、更好地滿足客戶需求，很多客戶希望代工廠的投入、發(fā)展方向與它們的技術發(fā)展方向一致，工藝具備足夠的差異化屬性；3、客戶希望從每一代技術中獲得更多價值，充分利用每個技術節(jié)點的投資。

聯(lián)電最近推出的特色工藝包括14nm 14FFC、22nm超低功耗22ULP和超低漏電流22ULL、28nm高性能運算28HPC+制程等，且已進入量產(chǎn)階段。聯(lián)電還為毫米波（mmWave）應用推出了55nm／40nm／28nm工藝平臺。聯(lián)電是晶圓代工業(yè)界第一個用28nm高壓制程開發(fā)并量產(chǎn)OLED面板驅動IC的。RF-SOI方面，90nm制程已量產(chǎn)，55nm即將導入量產(chǎn)，同時已著手開發(fā)40nm制程RF-SOI技術平臺。

聯(lián)電40nm制程的嵌入式閃存（eFlash）已經(jīng)量產(chǎn)，正在進行28nm研發(fā)，40nm制程ReRAM已經(jīng)量產(chǎn)，22nm的ReRAM技術平臺和22nm的eMRAM制程平臺正在研發(fā)中。此外，該公司還在積極投入GaN功率和微波器件平臺開發(fā)。

X-FAB是德國特色工藝晶圓代工廠，重點關注MEMS和SiC技術。X-FAB是全球唯一一家專注于汽車應用市場的純晶圓代工廠，汽車芯片銷售額約占其總收入的一半。此外，X-FAB可提供MEMS與CMOS的整合工藝，這種技術使客戶能夠開發(fā)智能芯片實驗室（lab on a chip）應用，這是一些包含微系統(tǒng)的微流控組件，用于處理微量液體，如血液，可進行高通量篩選和測試，如病毒檢測或DNA測序。

?04中國本土晶圓廠看好特色工藝

2022年，美國政府通過的“美國芯片法案”規(guī)定，獲得美國國家補貼的公司，不得在中國大陸投資28nm以下制程技術，那之前，美國推出的“實體清單”明文禁止用于1X nm及以下先進制程的美國技術銷往被列入清單的中國大陸企業(yè)。因此，多數(shù)中國晶圓代工廠積極拓展28nm及以上成熟制程技術。

在中國大陸，除了中芯國際，其它晶圓廠都在重點發(fā)展特色工藝，包括排名靠前的華潤微電子、華虹半導體，以及后起之秀中芯集成、粵芯半導體、積塔半導體和增芯等。

華潤微聚焦于功率半導體、智能傳感器和智能控制器領域，提供-100V-1500V范圍內的低壓、中壓、高壓MOSFET產(chǎn)品。

華潤微在深圳建設了12英寸特色工藝集成電路生產(chǎn)線，一期總投資超220億元，目標是在2024年底實現(xiàn)通線投產(chǎn)。華潤微電子總裁李虹表示，將全力以赴推進深圳12英寸特色工藝集成電路生產(chǎn)線工程建設，滿產(chǎn)后將形成年產(chǎn)48萬片12英寸功率器件的生產(chǎn)能力，此外，該產(chǎn)線產(chǎn)品還包括電機驅動、模數(shù)轉換、MCU和光電集成等，重點支持新能源汽車、光伏儲能、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等新興領域的應用。

作為中國大陸特色工藝最具代表性的企業(yè)，華虹半導體旗下包含嵌入式非易失性存儲器、功率器件、電源管理和射頻等工藝平臺，其中，嵌入式閃存、電源管理工藝平臺已分別實現(xiàn) 90nm超低漏電工藝和90nm高性能BCD工藝量產(chǎn)。

近兩年，華虹半導體新建的無錫廠產(chǎn)能快速釋放，進一步鞏固了其在中國本土特色工藝領域的地位。無錫晶圓廠主要聚焦在6大平臺，分別是：邏輯&混合信號&射頻，嵌入式非易失性存儲器，NOR Flash，CIS傳感器，功率半導體，以及BCD，這里，BCD是Bipolar-CMOS-DMOS，即能夠在同一芯片上制作Bipolar、CMOS和DMOS器件的單片集成工藝技術，華虹半導體在這方面的發(fā)展速度比較快。

中芯集成是中芯國際的兄弟企業(yè)，聚焦特色工藝，優(yōu)勢技術包括MEMS和功率器件，是目前中國本土少數(shù)能夠制造車規(guī)級芯片的晶圓代工企業(yè)之一。中芯集成的功率器件和MEMS 業(yè)務，與中芯國際形成差異化業(yè)務發(fā)展方向，目前，該公司在車載IGBT、高壓IGBT、深溝槽超結MOSFET、射頻MEMS等中高端領域擁有核心技術，也是國內少數(shù)能夠提供全電壓范圍工藝平臺IGBT的晶圓代工企業(yè)。

粵芯半導體是近幾年發(fā)展起來的晶圓代工廠，是粵港澳大灣區(qū)首家且唯一進入量產(chǎn)階段的中國本土12英寸晶圓廠。目前，粵芯正在進行三期項目建設，目標是在2024年投產(chǎn)。

積塔半導體的特色工藝制程為0.35μm~40nm，覆蓋功率器件、通用模擬電路、MCU、CIS圖像傳感器、嵌入式存儲等制造平臺，重點是汽車應用，可以說是為汽車芯片量身打造的工藝產(chǎn)線。

增芯是2022年12月在廣州新建的12英寸晶圓特色工藝產(chǎn)線，聚焦MEMS傳感器。這是中國本土一條重要的12英寸MEMS制造生產(chǎn)線，按照計劃，該項目將于2024上半年通線，2025年底滿產(chǎn)，月產(chǎn)能2萬片晶圓。

據(jù)悉，增芯吸引了10家MEMS芯片設計企業(yè)與其簽訂合作協(xié)議，共同定制工藝設備、開發(fā)特色工藝技術，包括加速度傳感器、慣性傳感器、磁傳感器、基因測試芯片、微流控芯片、硅基麥克風芯片等。

除了以上這些企業(yè)，還有很多中國本土企業(yè)在大力發(fā)展特色工藝，從目前的情況來看，該產(chǎn)業(yè)發(fā)展方興未艾，潛力巨大，值得期待。